[發(fā)明專利]一種偏振視覺傳感器結構設計與幾何標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610030055.6
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105608706B
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 練軍想;王玉杰;范晨;胡小平;張禮廉;何曉峰;孔祥龍;先治文;馬濤;毛軍;張瀟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明公開了一種偏振視覺傳感器結構設計與幾何標定方法。該偏振視覺傳感器主要由四個CCD(Charge?Coupled Device)相機、四個廣角鏡頭、四個偏振片組成。通過優(yōu)化四目偏振相機結構設計以及偏振片光軸方向設計，提高了偏振態(tài)測量精度及魯棒性；引入最小二乘算法求解冗余配置下的最優(yōu)估計；利用Gauss?Newton迭代算法解決多相機間的幾何標定問題。本發(fā)明解決了基于四相機的偏振視覺傳感器的結構設計、多相機間安裝誤差的補償問題，能夠實時測量區(qū)域天空的偏振態(tài)信息，具有測量精度高、魯棒性好的優(yōu)點。

技術領域

本專利主要涉及視覺傳感器的結構設計和標定，特別涉及一種偏振視覺傳感器結構設計與幾何標定方法。

背景技術

動物的導航方式非常奇特，其導航機理還沒有被人類完全理解和掌握，仿生導航已成為目前導航技術領域研究的新熱點?；诖笞匀坏纳锵到y(tǒng)的模擬仿生感知技術，為導航技術的新發(fā)展提供了啟示。許多生物(沙蟻、蝗蟲、蜜蜂、糞金龜、部分鳥類及魚類等)，能夠利用它們獨特的眼睛結構，感知并利用光的偏振現(xiàn)象，生物的偏振視覺可以幫助它們進行導航定位、目標識別、甚至通訊交流等。

生物的偏振視覺可以幫助它們快速地發(fā)現(xiàn)食物和識別環(huán)境，這是由于偏振態(tài)提供了除亮度和顏色外，光的另外一個重要的信息。水生甲蟲可以感知水面反射的水平方向的偏振光從而探測水面，而水面探測對于無人車的野外駕駛是至關重要的；另外偏振視覺可以幫助生物尋找食物和躲避天敵。研究表明，通過分析場景中偏振光的信息，從而更好地理解場景，進而恢復場景中的信息；偏振視覺可以應用于圖像去霧、對比度增強等，甚至可以用來估計場景的深度信息。

目前各單位研制的偏振光傳感器主要可以分為兩大類：點測量式和圖像測量式。前者一次采樣只能測量一個方向上的偏振信息，因此容易受到環(huán)境的干擾、魯棒性不強；最近的研究更側重于圖像測量式的偏振視覺傳感器，因為它可以同時測量視角范圍內的整個區(qū)域的偏振信息。文獻(Design of a Device for Sky Light PolarizationMeasurements[J].WANG Y,HU X,LIAN J,et al.Sensors,2014,14(8):14916-14931.)中設計了基于魚眼鏡頭和旋轉偏振片的偏振光測量裝置，它可以測量整個天空的偏振信息，然而，由于要手動旋轉偏振片，該裝置不能安裝在動態(tài)載體上實時測量。因此，尋找一種可實時測量區(qū)域天空偏振模態(tài)的偏振視覺傳感器具有重要的應用價值。為了提高其測量精度和魯棒性，還需優(yōu)化其結構設計、標定并補償安裝誤差。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題就在于：如何實現(xiàn)基于四相機的偏振視覺傳感器的結構設計、偏振片光軸方向設計、多相機間安裝誤差的補償問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的解決方案為：

一種偏振視覺傳感器結構設計與幾何標定方法，包括以下步驟：

(1)四目偏振相機結構設計

偏振視覺傳感器主要由四個CCD(Charge-Coupled Device)相機、四個廣角鏡頭、四個偏振片組成，四個相機分布在正方形的頂點上，與直線排列相比，正方形的分布可以使得四相機重疊的視場最大，減小相機間的視差(圖1所示)；四個相機由同步控制器觸發(fā)采樣，保證相機能夠同步采集數(shù)據(jù)；相機采集的數(shù)據(jù)由千兆網經交換機傳送給計算機，而后進行偏振態(tài)解算(圖3所示)；

(2)偏振片光軸方向設計

四個偏振片固定在鏡頭的后面、CCD傳感器前面，偏振片的通光軸方向按照0°、45°、90°、135°的角度安裝(圖2所示)；偏振片的這種安裝方向使得偏振態(tài)求解時的誤差最小；另外，冗余的配置保證了偏振相機的可靠性，當任一相機故障時，系統(tǒng)仍可正常工作；

(3)偏振態(tài)求解